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併購Mellanox NVIDIA再掀資料產業變革

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2018年底,美國晶片製造商Xilinx曾與英國第二大銀行巴克萊銀行合作,向Mellanox提出50億美元的收購報價。同時,Microsoft則是聘請了高盛集團進行收購談判,提出55億美元。此外,Intel為併購Mellanox,更是提高價格到55至60億美元。Intel欲收購的原因是,2012年Intel收購了QLogic的無限頻寬技術部門(InfiniBand, IB)和CRAY物聯網部門,成立了Intel的高速互聯部門。Mellanox的InfiniBand技術對於Intel高速互聯部門正在發展的Omni-Path架構(OPA)將能產生顯著效益。

NVIDIA資料中心業務從2016年營收8.3億美元占比12.0%,持續成長至2017年的19.3億美元占比19.9%,直到2018年的29.3億美元占比25.0%。然而,NVIDIA資料中心業務營收表現放緩,特別是2018 Q4資料中心業務營收6.79億美元,低於預期的8.39億美元。

NVIDIA資料中心業務低於預期的原因之一,是旗下最新的高階GPU銷售業績不及預期,加上近期資料中心的預算支出減緩,導致庫存過剩。其中,導致銷售業績不如預期的原因是,雖然NVIDIA在GPU架構中加入了人工智慧應用的張量核心(Tensor Core),針對深度學習操作的數學運算進行了優化,但是特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit, ASIC)在部分人工智慧方面確實要比GPU要更有優勢,因此越來越多廠商決定自行設計人工智慧ASIC處理器。

例如Google的張量處理器(Tensor Processing Unit, TPU)、Fujitsu的深度學習處理器(Deep Learning Unit, DLU)、Intel的神經網絡處理器(Neural Network Processor, NNP)、阿里巴巴的阿里神經處理器(Ali-Neuronal Processing Unit, Ali-NPU)等等,而這也正是NVIDIA資料中心業務未來的一個危機。

Mellanox總部位於以色列和美國,成立於1999年,現有員工約3,000人,主要業務為生產資料中心的通訊晶片及硬體設備,包括網路晶片、網路介面卡、網路交換器以及網路電纜等。

Mellanox的主要業務有積體電路、主機板、交換器系統、電纜與其他。其中。對應於網路介面卡的主機板業務在收入比重和年成長率都是最重要的業務,從2016年營收3.3億美元占比39.3%,持續成長到2018年營收4.9億美元占比45.5%。

此外,Mellanox是InfiniBand的先驅之一,更是InfiniBand貿易聯盟(InfiniBand Trade Association, IBTA)9大主要董事會其中一員,IBTA成員包括了CRAY、Emulex、HP、IBM、Intel、Mellanox、Microsoft、Oracle、Qlogic。起初IBTA聯盟中只有Mellanox和Emulex專門生產製造InfiniBand產品,然而2012年Intel併購Qlogic InfiniBand部門,2015年Emulex也已經被Avago收購。如今,InfiniBand技術大廠只剩Mellanox與Intel。

InfiniBand是高性能聯網的產業標準架構之一,與高速乙太網路(Ethernet)、光纖通道和其他專有技術競爭,例如克雷公司(Clay)的SeaStar技術等。關鍵的是,無論是InfiniBand或乙太網路等領域,相較競爭大廠Intel、Broadcom、Marvell,Mellanox皆有相當完整的專利與技術布局,而成為本次眾多廠商積極併購的原因。

NVLink結合Mellanox技術推升資料處理效能

面對資料中心市場,NVIDIA本身已具有關鍵的GPU高速通訊互聯技術NVLink,可支援用於CPU與GPU之間的連接等,甚至推出NVSwitch交換器晶片組來加速大量GPU之間的通訊連接。重點是,NVLink技術相較主流的快捷外設互聯標準(Peripheral Component Interconnect Express, PCIe)更具效率,也因此吸引越來越多資料中心客戶採用。

另一方面,Mellanox完整的聯網技術可提高資訊吞吐量和降低資訊延遲量,例如上述的InfiniBand跟高速乙太網路技術等,顯著促進了資料中心的資訊處理效率。由於資料中心水平式資料傳輸需求迅速成長,因此,資料中心已大量使用Mellanox的硬體與軟體平台,除上述的伺服器與伺服器互聯之外,也包含伺服器與儲存系統互聯解決方案。

過去,NVIDIA與Mellanox也已有長久合作關係與共同創新經驗,許多大型雲端服務供應業者,也會同時採用NVIDIA的GPU高速通訊互聯技術NVLink與Mellanox的InfiniBand聯網解決方案,而Mellanox與Nvidia兩家品牌商也合作許多伺服器產品,如上述DGX-2系統等。

目前,在當今超級電腦運算指標中(TOP500),已有265個系統採用了Mellanox的產品與服務,市占率達到53%。此外,總計有56%的計算來自GPU的輔助加速資料運算系統,其中前10名超級電腦就有5個採用,例如Summit、Sierra、ABCI、Piz Daint和Titan。

整合資料加速/互聯技術硬體架構更加分

未來,當NVIDIA進一步整合資料加速與資料互聯的技術後,市占率勢必將持續提高,而對於有著相同數據處理需求的資料中心而言,NVIDIA的硬體架構將能更貼切的滿足這塊市場。

雖然GPU無法取代CPU成為運算主要核心,但輔助加速運算的角色已經不可或缺,因此NVIDIA與Intel之間早已展開競爭。然而,GPU與交換器之間並非競爭層面,所以NVIDIA與交換器大廠Cisco和Arista等商業互動微乎其微。隨著NVIDIA併購Mellanox出現了新的資料中心交換器業務,將導致與上述廠商關係或將出現變化。

在整體資料中心交換器市場的技術轉變中,Intel的高速互聯部門OPA架構市占率不斷成長,然而InfiniBand技術市占率逐漸下滑,Mellanox勢必將往更多元的聯網技術架構發展,但Cisco與Arista在10 GbE+的交換器市場也仍具一定影響力,導致NVIDIA的角色將比過往更加複雜。

由於NVIDIA的解決方案將比過往更加具有競爭力,因此GPU伺服器出貨成長率將可望持續提升,對於台灣伺服器組裝廠,GPU伺服器單價比一般伺服器更高,因此對於伺服器代工產業的營收將有助益。

整體而言,台灣伺服器組裝廠將因此出現更多元的硬體布局,而由於NVIDIA產業話語權的提升,導致彼此關係將比過往更加緊密。

Mellanox技術提升NVIDIA市場優勢

NVIDIA資料中心業務主要的銷售產品為GPU與GPU伺服器。NVIDIA已取得GPU市場的主導權,並從輔助加速運算的角度迅速切入伺服器市場,然而越來越多採用ASIC的競爭者造成NVIDIA的資料中心業務出現新的挑戰。併購Mellanox,取得眾多關鍵的聯網技術,將有效提升此市場的產業地位。

可預期的是,整合更多數據運算與交換技術的NVIDIA解決方案,將更易獲得更多客戶族群的青睞,例如Charter、Microsoft、Paypal、SAS、Walmart等大廠已加入NVIDIA的人工智慧資料庫CUDA X AI SDK,或是Dell EMC、HPE、Lenovo、ASUS、Supermicro等大廠與NVIDIA合作推出GPU認證計畫NGC-Ready的伺服器產品等。

希捷(Seagate)預估全球的資料總量將從2016年的16ZB持續成長到2025年的163ZB,龐大的資料儲存需求刺激了資料中心的擴建,而近期許多新興應用的興起,例如Intel估計2020年平均全球的雲端影音串流日流量將達到750PB,則刺激了數據運算與數據交換的需求,也帶起了新的資料中心硬體架構的轉變。

因此,伺服器硬體架構將呈現一個長期趨勢,越來越集中化數據處理和數據互連。NVIDIA併購Mellanox的目的即是瞄準新的資料中心市場需求,這項布局並非單是為了阻止Intel收購Mellanox,也不只是要拯救營收成長趨緩的資料中心業務,更是創造擁有前瞻性的資料中心等級的伺服器新架構。

所謂環境運算(Ambient Computing)願景是:無所不在的科技將隱沒在生活的背景中,例如2019年3月Google新推出的雲端遊戲平台Stadia,供應端的每秒浮點運算次數可達到10.7 Teraflops,遠超過主流實體遊戲平台Xbox One X的6.0 Teraflops跟PS4 Pro的4.2 Teraflops。另一方面,使用端卻幾乎毋須負擔任何硬體需求,而推動此環境運算的關鍵正是不斷提升的資料中心數據運算與聯網能力。

值得觀察的是,使用端的低門檻將逐漸改變企業用與消費用的硬體市場,例如雲端遊戲平台Stadia將使3大遊戲主機廠商Microsoft、Sony、Nintendo首當其衝。在環境運算的趨勢下,前端的數據中心將逐漸侵蝕各產業鏈的末端,也就是數據中心即服務(Data Center as a Service, DCaaS)成為國際大廠的發展新核心,類似NVIDIA併購數據中心技術廠Mellanox的案例,將持續點燃新的資料產業革命。

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